В практике проектирования довольно частыми являются случаи, когда верхние слои грунта, на которые опирается фундамент, подстилаются менее прочными. Помимо природных условий, такая ситуация всегда имеет место при проектировании искусственных оснований.
Прочность грунта, как известно, оценивается по значению сопротивления сдвигу т, которое зависит от нормальных напряжений, если фунт способен уплотняться. Следовательно, проверку слабого подстилающего слоя грунта, вообще говоря, необходимо вести при сопоставлении касательных напряжений, развивающихся от действующих нагрузок на его кровле, со значениями сопротивления слабого грунта сдвигу. При этом, ввиду рассеивания напряжений от местной нагрузки с глубиной, такую проверку следовало бы производить для нескольких точек на кровле слабого слоя.
Для упрощения процедуры такой проверки можно пользоваться не значениями сопротивления грунта сдвигу, а величиной расчетного сопротивления R, вычисленного для условного фундамента, который как бы опирается на кровлю слабого слоя. Ввиду привлечения понятий "условный фундамент" и "расчетное сопротивление грунта пониженной прочности для условного фундамента" последнее должно сопоставляться со значениями давлений по подошве условного фундамента. При учете максимально возможных значений этих давлений следует ожидать, что подобная проверка будет давать некоторый запас.
Учет подстилающего слоя слабого грунта
июня 30, 2010Влияние способа производства работ по устройству фундаментов
июня 24, 2010Глубину заложения фундамента следует выбирать, в том числе и в зависимости от принимаемого способа отрывки котлована.
При возможности следует закладывать фундамент выше уровня подземных вод. При этом, как правило, не требуется водоотлива, гарантируется сохранение природной структуры грунтов основания, работы могут быть выполнены в кратчайший срок. В противном случае требуются шпунтовое крепление стен котлована водоотлив, резко увеличивающие стоимость земляных работ.
Окончательный выбор варианта должен основываться на технико-экономических расчетах при различных уровнях глубин заложения от минимально возможной до максимальной - 4...4,5 м.
Для ленточных фундаментов высота уступов в этих грунтах обычно принимается 0,5...0,6 м, а длина участка фундамента -1... 1,2 м (в несвязных грунтах соотношение между высотой и длиной уступа может быть принято 1 : 2 при высоте уступа, не превышающей 0,5.-0,6 м).
При устройстве фундаментов на разных отметках необходимо устраивать надежное крепление стен котлованов, которые не должны иметь горизонтального смещения (см. гл. 14).
При наличии коммуникаций (трубы водопровода, канализации и т.д.) подошва фундамента должна быть заложена ниже их ввода.
Особенности возводимого и соседних сооружений
июня 17, 2010Основными конструктивными особенностями возводимого сооружения, влияющими на глубину заложения его фундамента, являются: наличие и размеры подземных и подвальных помещений, приямков или фундаментов под оборудование; глубина заложения фундаментов соседних сооружений; наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций и конструкций самого фундамента, величина и характер нагрузок, передаваемых на фундаменты.
В зданиях с подвалом и полуподвалом, около приямков или каналов, примыкающих к фундаментам, глубина заложения фундамента принимается на 0,3—0,5 м ниже отметки пола в этих помещениях, что предусматривает запас на высоту блока (рис. 3.5).
В случае устройства внутренней гидроизоляции подвальных помещений минимальная глубина заложения принимается по формуле
dmm = hs + hcf+5, (3.2)
где А,-толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; htf —толщина конструкции пола подвала, м.
Если ожидается развитие осадки фундамента после устройства гидроизоляции, в месте возможного ее разрыва устраивается специальный замок-вставка из водонепроницаемого материала (рис. 3.5, б).
Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закладывать, как указано на рис. 3.6. При примыкании проектируемых фундаментов к существующим различают следующие случаи: подошва проектируемых фундаментов располагается выше глубины заложения существующих фундаментов, на одном и том же уровней ниже подошвы существующего фундамента.
Влияние климатических факторов
июня 11, 2010Основными климатическими факторами, влияющими на глубину заложения фундаментов, являются промерзание — оттаивание грунтов.
Глубина заложения фундамента из условия промерзания грунтов назначается в зависимости от их вида, состояния, начальной влажности и уровня подземных вод в период промерзания. Известно, что при промерзании некоторых грунтов наблюдается ихжорозное пучение — увеличение объема, поэтому в таких грунтах нельзя закладывать фундаменты выше глубины промерзания.
Морозное пучение грунтов происходит преимущественно за счет миграции (перемещения) влаги к фронту промерзания из нижележащих слоев (см. гл. 13). В связи с этим существенное значение имеет положение уровня подземных вод в период промерзания грунта. Миграция влаги обычно наблюдается в пылевато-глинистых грунтах, пылеватых и мелких песках. Скальные породы, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гра-велистые, крупные и средней крупности относятся к непучинис-тым грунтам. Глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзания.
Практикой установлено, что если уровень подземных вод во время промерзания находится от планировочной отметки поверхности основания на глубине, равной расчетной глубине промерзания, плюс 2 ни более 1,5 м значение коэффициента kh принимают на 0,1 более значений, указанных в табл. 3.2, но не более 1,0. При промежуточном значении вылета фундамента значение kh определяют интерполяцией.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта устанавливается по данным многолетних наблюдений (не менее 10 лет) за фактическим промерзанием грунтов в районе предполагаемого строительства под открытой, лишенной снега поверхностью.
Влияние инженерно-геологических и гидрогеологических факторов
июня 5, 2010К таким факторам относят характер напластования грунтов, их физико-механические свойства, положение уровня подземных вод с учетом изменений, степень агрессивности среды.
Учет инженерно-геологических условий строительной площадки заключается главным образом в выборе несущего слоя грунта, который может служить естественным основанием для фундаментов. Этот выбор производится на основе предварительной оценки сжимаемости и прочности грунтов.
Инженерно-геологические условия каждой площадки отличаются друг от друга и обладают индивидуальным геологическим строением. Однако все многообразие напластований можно представить в виде трех основных схем.
Схема I. Площадка сложена одним или несколькими слоями надежных грунтов, при этом строительные свойства каждого последующего слоя не хуже свойств предыдущего.
В этом случае глубина заложения фундамента принимается минимальной, допускаемой при учете сезонного промерзания грунтов и конструктивных особенностей сооружения. Иногда за несущий принимают слой более плотного грунта, залегающий ниже, если это решение экономичнее. Это можно установить многовариантными расчетами размеров фундамента с изменением глубины заложения.
Схема П. С поверхности площадка сложена одним или несколькими слоями слабых грунтов, ниже которых располагается толща надежных грунтов. При напластовании по этой схеме принимаемое решение о глубине заложения фундаментов зависит от толщины слоя слабых грунтов. При небольшой его толще целесообразно прорезать слабые слои и опирать фундаменты на надежные грунты (рис. 3.2, я). Иногда слабый грунт может быть использован и в качестве несущего слоя с одновременным принятием мер по снижению чувствительности сооружения к возможному развитию неравномерных осадок (рис. 3.2, б, в). Если такие решения нецелесообразны, то можно применить свайные фундаменты (рис.3.2, г) или искусственно улучшенные основания - замену грунта подушками уплотнения, закрепление слабого грунта (рис. 3.2, д, е).
Схема III. С поверхности площадки залегают надежные грунты, а подстилающими являются один или несколько слоев слабого грунта. В этом случае может быть принято решение по схеме II, но так как при этом придется прорезать толщу надежных грунтов, то более экономичными могут оказаться использование надежного грунта в качестве распределительной подушки при обязательной проверке слабого подстилающего слоя (рис. 3.3, я), закрепление слабого грунта (рис.3.3, д) и другие варианты, представленные на рис. 3.3, позволяющие существенно уменьшить размеры подошвы фундамента.
Выбирая тип и глубину заложения фундамента по любой из рассмотренных выше схем, следует придерживаться следующих общих правил: а) подошвы фундаментов желательно закладывать на одной и той же глубине; б) минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0,5 м от спланированной поверхности территории; в) глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 0,1...0,2 м от его кровли; г) при возможности следует закладывать фундамент выше уровня подземных вод. При этом не требуется водоотлива, гарантируется сохранение природной структуры грунтов основания, работы могут быть выполнены в кратчайший срок. В противном случае требуются шпунтовое крепление стен котлована, водоотлив, которые резко увеличивают стоимость земляных работ; д) при слоистом напластовании грунтов все фундаменты рекомендуется возводить на одном слое грунта или на грунтах с близкой сжимаемостью. Если это невыполнимо, то размеры фундаментов выбирают главным образом из условия допустимости неравномерности осадок.
Основные факторы, влияющие на глубину заложения фундаментов
мая 29, 2010Расчет фундаментов начинают с предварительного выбора их конструкции и основных размеров, к которым в первую очередь относится глубина заложения фундамента.
Обычно, чем меньше глубина заложения фундаментов, тем ниже стоимость работ по их устройству. Это ведет к стремлению закладывать подошву фундамента как можно ближе к дневной поверхности. Однако верхние слои грунта не соответствуют требованиям, предъявляемым к основаниям. Как правило, это почвен-но-растительные и насыпные грунты. В связи с этим основная задача при выборе глубины заложения подошвы фундаметов состоит в решении вопроса о несущем слое грунта. При этом приходится учитывать следующие факторы: а) инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки строительства; б) климатические особенности района строительства (промерзание — оттаивание, высыхание - увлажнение); в) особенности возводимого и соседних сооружений; г) способ производства работ по отрывке котлованов и возведению фундаментов.
Заглубление фундаментов в грунт ниже дневной поверхности или уровня пола подвала принимают не менее 0,5 м. Исключение составляют скальные породы, при наличии которых обычно снимается верхний, сильно выветренный слой.
Фундаменты глубокого заложения
мая 23, 2010При большой глубине залегания прочного грунта и значительных нагрузках применяют фундаменты глубокого заложения — сваи-оболочки, буронабивные столбы и столбы, изготовленные струйной технологией.
Сваи-оболочки — тонкостенные железобетонные цилиндры диаметром 0,8...3,0 м, собираемые из звеньев длиной 6... 10 м столщиной стенок 12 см, армированные продольной и поперечной арматурой. С увеличением глубины трение грунта по внутренней полости оболочки возрастает. Для дальнейшего погружения требуется выемка этого грунта грейфером. После погружения одной сборной секции ее наращивают следующей. Стык секций - фланцевый (болтовой) или сварной. Сваю-оболочку, достигшую проектной отметки, заполняют бетоном (всю или частично) и получаютжелезобетонный столб с большой несущей способностью по грунту и материалу.
Нижний конец сваи-оболочки оснащен металлическими ножами. Наиболее эффективно несущая способность оболочки по материалу используется, когда оболочка опирается на скальный грунт. Через внутреннюю полость оболочки в скальном основании разбуривается скважина, в которую устанавливается арматурный каркас, после чего производится бетонирование.
При наличии менее прочных грунтов для повышения несущей способности можно сделать уширенную пяту. Все оболочки объединяются ростверком.
Буронабивные столбы выполняются путем бурения скважин диаметром более 0,8 м с последующим заполнением их бетоном. Столбы армируют в верхней части для соединения с ростверком, а если они работают на изгиб, то и по всей длине. Буронабивные столбы применяют при больших и сосредоточенных нагрузках и глубоком залегании прочного грунта (более 15...60 м).
Грунтобетонные столбы изготавливаются по струйной технологии. Для этого бурят скважины, в которые опускают специальный инъектор. В него подается жидкий цементный раствор под большим давлением (до 100 атм), который через пару тонких отверстий размывает грунт и перемешивается с ним, образуя грун-тоцемент. При вращении трубы и постепенном поднятии ее вверх образуется вертикальный столб, который и является фундаментом глубокого заложения.
Некоторые сведения о расчетах фундаментов глубокого заложения приведены в разд. 7.6. Более подробные сведения можно найти в специальной литературе или учебниках по основаниям и фундаментам мостов.
Сплошные (плитные) и массивные фундаменты
мая 16, 2010Сплошные (плитные) фундаменты в виде железобетонных безбалочных или ребристых плит устраивают в следующих случаях: при слабых грунтах и больших нагрузках с целью выравнивания возможной неравномерности осадки колонн и стен; для устройства водонепроницаемых конструкций (для гидроизоляции подвалов, днищ резервуаров и тп.). Примеры устройства сплош-ных фундаментов показаны на рис. 2. \,ж. Сплошной фундамент рассчитывают как плиту на упругом основании (см. разд. 8.4).
К сплошным фундаментам также относят железобетонные фундаменты коробчатого типа, применяемые под здания, имеющие один или несколько подземных этажей (рис. 2.11). Они состоят из двух плит (верхней и нижней) и перекрестных стенок, соединяющих эти плиты в единую конструкцию.
Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства
мая 9, 2010До начала проектирования фундаментов необходимо:
1) изучить местный опыт строительства;
2) ознакомиться по отчету инженерно-геологических изысканий с напластованием грунтов и положением уровня подземных (грунтовых) вод на строительной площадке, ожидаемым во время строительства фундаментов и эксплуатации сооружения;
3) установить нормативные и расчетные характеристики грунтов каждого слоя для расчета по обеим группам предельных состояний;
4) оценить характер и величины ожидаемых осадок;
5) наметить с учетом напластования грунтов наиболее рациональное размещение (если оно не задано) сооружения на участке строительства.
Опыт предшествующего строительства, особенно сданными наблюдений за осадками сооружений, часто дает возможность принять наиболее рациональное решение при проектировании фундаментов.
Инженер-проектировщик оценивает инженерно-геологические условия по данным изысканий, приводимых в отчете или заключении. Напластование грунтов оценивается по разрезам и колонкам скважин. Характерными напластованиями грунтов являются: однородный слой грунта в пределах большой глубины; слоистое напластование с согласным залеганием слоев, когда слои грунта относительно горизонтальны и каждый подстилающий слой менее сжимаем, чем несущий; сложное, когда слои грунта выклиниваются, залегают линзообразно или имеются сильносжимаемые грунты.
Особое внимание должно уделяться оценке уровня грунтовых вод, его сезонным колебаниям, возможным изменениям вследствие возведения сооружения, их агрессивности по отношению к материалу фундаментов.
При определении ниже уровня грунтовых вод учитывают взвешивающее действие воды. В случае наличия на некоторой глубине водонепроницаемого слоя грунта, подстилаемого водоносными грунтами с напором менее, чем напор в выше расположенных грунтах, в водонепроницаемом слое взвешивающее действие воды не учитывают.
При возведении зданий обычно считают, что в пределах зон пластических деформаций грунт уплотняется по мере увеличения нагрузки.
Однако при широких фундаментах иногда учитывают, что к моменту развития касательных напряжений грунт еще не получил надлежащего уплотнения.
Нагрузки, учитываемые при расчете оснований и фундаментов
мая 3, 2010Нагрузки от сооружения фундаментов передаются на основание. Однако они не в одинаковой степени воздействуют на различные грунты, поэтому важно возможное основное сочетание нагрузок, под действием которых развивается рассматриваемый Вид перемещений основания, приводящий к деформации элементов конструкции.
При определении нагрузок на фундаменты и основания руководствуются СНиП 2.01.07 - 85 по нагрузкам и воздействиям (их рекомендации кратко излагаются ниже).
Нагрузки и воздействия делятся на постоянные и временные.
Постоянные нагрузки и воздействия прикладываются во время строительства и проявляются в течение всего периода эксплуатации (собственный вес конструкций, давление грунта и т.п.).
Временные нагрузки и воздействия прикладываются или возникают в отдельные периоды строительства или эксплуатации, они могут уменьшаться или полностью исчезать. Различают длительные, кратковременные и особые нагрузки и воздействия. Ниппельными называют нагрузки, действующие продолжительное время (вес оборудования, нагрузка от складируемых материалов и т.п.). К кратковременным относятся нагрузки, действующие непродолжительное время (от транспорта, включая краны, веса людей, снега, ветра и т.п.). Особые нагрузки возникают в исключительных случаях (сейсмические, аварийные, от просадки основания при его замачивании и т.п.).
Различают следующие сочетания нагрузок:
Основные, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок или воздействий; из кратковременных учитывают те. которые способны вызвать рассматриваемый вид деформации (при учете двух и более крагковременных нагрузок их принимают с коэффициентом надежности по нагрузке у = 0,9).
Особые, состояшие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок и воздействий.
, Различают нагрузки нормативные (максимальные типичные) и расчетные, получаемые путем умножения значения нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке yf, учитывающий возможное отклонение нагрузки от типичного значения.
Расчеты основания по деформациям ведут на основные сочетания расчетных нагрузок yf = I. Когда рассчитывают осадки основания, сложенного медленно деформирующимися пылевато-гли-нистыми грунтами, целесообразно учитывать постоянные и длительные нагрузки и периодически действующие кратковременные нагрузки. Если же определяется неравномерность осадок, то при расчете важно получить наибольшую осадку одного фундамента и наименьшую — другого. При определении наименьшей осадки учитывают все постоянные нагрузки и только те временные, которые обязательно должны действовать в условиях нормальной эксплуатации сооружения.
Расчеты основания по их несущей способности, по устойчивости фундаментов на сдвиг и выдергивание выполняют на основные и при необходимости особые сочетания расчетных нагрузок, определяемых по нормативным значениям путем умножения их на коэффициент надежности по нагрузке уГ как правило, более I. а на удерживающие нагрузки вводится коэффициент надежности по нагрузке менее 1.
Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами сооружений или их отдельными элементами, правильнее устанавливать расчетом, исходя из рассмотрения совместной работы несущих конструкций сооружения и основания. Однако, вследствие сложности правильного определения жесткости сооружения или его частей, во многих случаях нагрузки на основание определяют без Учета их перераспределения над фундаментной конструкцией и принимают в соответствии со статической схемой сооружения.